Ilmuwan Swedia telah sampai pada kesimpulan bahwa ledakan nuklir lemah terjadi selama kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl. Para ahli menganalisis jalannya reaksi nuklir yang paling mungkin terjadi di reaktor dan mensimulasikan kondisi meteorologi untuk penyebaran produk fisi. "Lenta.ru" bercerita tentang sebuah artikel oleh para peneliti yang diterbitkan dalam jurnal Nuclear Technology.
Kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl terjadi pada 26 April 1986. Bencana tersebut mengancam pengembangan tenaga nuklir di seluruh dunia. Zona eksklusi sepanjang 30 kilometer dibuat di sekitar stasiun. Dampak radioaktif jatuh bahkan di wilayah Leningrad, dan isotop cesium ditemukan dalam konsentrasi yang meningkat di lumut dan daging rusa di wilayah Arktik Rusia.
Ada berbagai versi penyebab bencana. Paling sering, mereka menunjukkan tindakan yang salah dari personel pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl, yang menyebabkan penyalaan hidrogen dan kehancuran reaktor. Namun, beberapa ilmuwan percaya bahwa ada ledakan nuklir yang nyata.
Neraka mendidih
Reaksi berantai nuklir dipertahankan dalam reaktor atom. Inti atom berat, misalnya uranium, bertabrakan dengan neutron, menjadi tidak stabil dan meluruh menjadi dua produk peluruhan inti yang lebih kecil. Dalam proses fisi, energi dan dua atau tiga neutron bebas cepat dilepaskan, yang pada gilirannya menyebabkan peluruhan inti uranium lainnya dalam bahan bakar nuklir. Jumlah peluruhan dengan demikian meningkat secara eksponensial, tetapi reaksi berantai di dalam reaktor terkendali, yang mencegah ledakan nuklir.
Dalam reaktor nuklir termal, neutron cepat tidak cocok untuk menarik atom berat, sehingga energi kinetiknya dikurangi dengan menggunakan moderator. Neutron lambat, yang disebut neutron termal, lebih mungkin menyebabkan peluruhan atom uranium-235 yang digunakan sebagai bahan bakar. Dalam kasus seperti itu, seseorang berbicara tentang penampang tinggi untuk interaksi inti uranium dengan neutron. Neutron termal sendiri disebut demikian karena berada dalam kesetimbangan termodinamika dengan lingkungan.
Jantung dari pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl adalah reaktor RBMK-1000 (reaktor saluran daya tinggi dengan kapasitas 1000 megawatt). Pada dasarnya, ini adalah silinder grafit dengan banyak lubang (saluran). Grafit bertindak sebagai moderator, dan bahan bakar nuklir dimuat dalam elemen bahan bakar (fuel rods) melalui saluran teknologi. Batang bahan bakar terbuat dari zirkonium, logam dengan penampang penangkapan neutron yang sangat kecil. Mereka memungkinkan neutron dan panas melewatinya, yang memanaskan pendingin, mencegah kebocoran produk pembusukan. Batang bahan bakar dapat digabungkan menjadi rakitan bahan bakar (FA). Unsur bahan bakar adalah karakteristik reaktor nuklir heterogen di mana moderator dipisahkan dari bahan bakar.
Video promosi:
RBMK adalah reaktor loop tunggal. Air digunakan sebagai pembawa panas, yang sebagian berubah menjadi uap. Campuran uap air memasuki pemisah, di mana uap dipisahkan dari air dan dikirim ke generator turbin. Uap bekas dikondensasi dan masuk kembali ke reaktor.
Penutup reaktor RBMK
Ada cacat dalam desain RBMK, yang memainkan peran fatal dalam bencana di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl. Faktanya adalah bahwa jarak antara saluran terlalu jauh dan terlalu banyak neutron yang cepat dihambat oleh grafit, berubah menjadi neutron termal. Mereka diserap dengan baik oleh air, tetapi gelembung uap terus terbentuk di sana, yang mengurangi karakteristik penyerapan pembawa panas. Akibatnya, reaktivitas meningkat, air semakin panas. Artinya, RBMK dibedakan dengan koefisien reaktivitas uap yang cukup tinggi, yang memperumit kontrol selama reaksi nuklir. Reaktor harus dilengkapi dengan sistem keselamatan tambahan; hanya personel yang berkualifikasi tinggi yang boleh mengerjakannya.
Pecahkan kayu bakar
Pada tanggal 25 April 1986, pemadaman unit tenaga keempat direncanakan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl untuk perbaikan terjadwal dan percobaan. Para ahli dari Institut Penelitian Hidroproyek mengusulkan metode untuk suplai daya darurat ke pompa stasiun dengan menggunakan energi kinetik dari generator turbin yang berputar dengan inersia. Ini akan memungkinkan, meskipun terjadi pemadaman listrik, untuk mempertahankan sirkulasi pendingin di sirkuit sampai daya cadangan dihidupkan.
Rencananya, percobaan akan dimulai ketika daya termal reaktor turun menjadi 700 megawatt. Listrik berkurang 50 persen (1600 megawatt), dan proses mematikan reaktor ditunda selama sekitar sembilan jam atas permintaan dari Kiev. Segera setelah penurunan daya dilanjutkan, tiba-tiba turun menjadi hampir nol karena tindakan yang salah dari personel pembangkit listrik tenaga nuklir dan keracunan xenon pada reaktor - akumulasi isotop xenon-135, yang mengurangi reaktivitas. Untuk mengatasi masalah yang tiba-tiba ini, batang penyerap neutron darurat dikeluarkan dari RBMK, tetapi daya tidak naik di atas 200 megawatt. Meskipun operasi reaktor tidak stabil, percobaan dimulai pada 01:23:04.
Diagram reaktor ChNPP
Pengenalan pompa tambahan meningkatkan beban pada generator turbin run-out, yang mengurangi volume air yang masuk ke teras reaktor. Bersama dengan reaktivitas uap yang tinggi, hal ini dengan cepat meningkatkan daya reaktor. Upaya untuk memperkenalkan batang penyerap karena desainnya yang buruk hanya memperburuk situasi. Hanya 43 detik setelah percobaan dimulai, reaktor itu runtuh akibat satu atau dua ledakan kuat.
Berakhir di air
Saksi mata menyatakan bahwa unit tenaga keempat dari pembangkit listrik tenaga nuklir dihancurkan oleh dua ledakan: yang kedua, yang paling kuat, terjadi beberapa detik setelah yang pertama. Kondisi darurat tersebut diyakini muncul dari ledakan pipa di sistem pendingin yang disebabkan oleh penguapan air yang cepat. Air atau uap bereaksi dengan zirkonium di sel bahan bakar, menyebabkan hidrogen dalam jumlah besar terbentuk dan meledak.
Ilmuwan Swedia percaya bahwa dua mekanisme berbeda menyebabkan ledakan, salah satunya adalah nuklir. Pertama, koefisien reaktivitas steam yang tinggi meningkatkan volume steam lewat jenuh di dalam reaktor. Akibatnya, reaktor meledak, dan tutup atasnya seberat 2000 ton terbang beberapa puluh meter. Karena elemen bahan bakar melekat padanya, terjadi kebocoran primer bahan bakar nuklir.
Unit daya ke-4 ChNPP yang hancur
Kedua, penurunan darurat batang penyerap menyebabkan apa yang disebut "efek akhir". Pada Chernobyl RBMK-1000, batang terdiri dari dua bagian - penyerap neutron dan pemindah air grafit. Ketika batang dimasukkan ke dalam inti reaktor, grafit menggantikan air penyerap neutron di bagian bawah saluran, yang hanya meningkatkan koefisien reaktivitas uap. Jumlah neutron termal meningkat dan reaksi berantai menjadi tidak terkendali. Ledakan nuklir kecil terjadi. Aliran produk fisi, bahkan sebelum reaktor hancur, menembus ke aula, dan kemudian - melalui atap tipis unit daya - memasuki atmosfer.
Untuk pertama kalinya, para ahli mulai berbicara tentang ledakan nuklir pada tahun 1986. Kemudian para ilmuwan dari Khlopin Radium Institute menganalisis fraksi gas mulia yang diperoleh di pabrik Cherepovets, di mana nitrogen cair dan oksigen diproduksi. Cherepovets terletak seribu kilometer di utara Chernobyl, dan awan radioaktif melewati kota itu pada 29 April. Peneliti Soviet menemukan bahwa rasio aktivitas isotop 133Xe dan 133mXe adalah 44,5 ± 5,5. Isotop ini adalah produk fisi berumur pendek, yang menunjukkan adanya ledakan nuklir yang lemah.
Ilmuwan Swedia menghitung berapa banyak xenon yang terbentuk di reaktor sebelum ledakan, selama ledakan, dan bagaimana rasio isotop radioaktif berubah hingga kejatuhannya di Cherepovets. Ternyata rasio reaktivitas yang diamati di pembangkit tersebut bisa muncul jika terjadi ledakan nuklir dengan kapasitas 75 ton setara TNT. Menurut analisis kondisi meteorologi untuk periode 25 April - 5 Mei 1986, isotop xenon naik hingga ketinggian tiga kilometer, yang mencegah pencampurannya dengan xenon yang telah terbentuk di reaktor sebelum kecelakaan.
